우주와지구[판구조론이란 무엇인가?]과목명우주와지구담당 교수님OOO교수님학과 / 학번OO학과 / OOOOOOOO성명OOO제출일자20OO. OO. OO판구조론(Plate tectonics)이란 지구의 암석권은 수평으로 이동하는 수많은 지각판들로 이루어져 있다는 학설로써 지각판들이 상호 수평이동을 함으로써 지각판의 경계부에서는 지진을 비롯한 여러 가지 지구조 운동이 일어납니다. 대륙이동설에서 발전된 판구조론은 움직이는 대륙을 여러개의 지각판으로 정의하고 움직이는 원동력을 맨틀의 대류로 설명합니다. 판은 지각과 최상부의 맨틀로 이루어진 암석권의 조각이며 암석권의 조각이 유동성을 갖는 맨틀의 일부인 연약권 위를 움직임에 따라 지진, 화산활동, 구조산맥들이 생겨납니다. 지구를 덮고 있는 판은 유라시아판 등 10여개의 지각판들로 이루어져 있으며, 이들의 상대적 운동에 따라 해령, 해구 등이 생성됩니다.판구조론은 대륙이동설에서 시작하여 맨틀대류설과 해저확장설로 이어지면서 이론으로 확고히 정립되었으며, 최근에는 맨틀과 지구 내부의 운동이 플룸(지구 내부에 뭉쳐진 열덩어리가 상승 또는 하강함에 따라 생긴 줄기)에 의한 것이라는 플룸구조론이 주목받고 있습니다.[대륙이동설]1910년대 독일 기상학자 및 물리학자인 베게너(Alfredo wegener)가 아프리카 서쪽 해안선과 남아메리카 동쪽 해안선이 거의 일치한 것을 우연히 발견하고, 두 대륙간의 동식물화석이 동일하다는 논문을 읽게 되는 계기로 현재의 대륙은 하나의 판게아(Pangaea)라는 초대륙에서 갈라져 이동했다는 ‘대륙이동설’을 발표하게 되었습니다. 최초 지구 표면인 판게아 ⇒ 고생대 말엽 북쪽의 로라시아와 남쪽의 곤드와나로 분리 ⇒ 지속적인 지각운동에 의해 오늘날의 대륙으로 분리하였다는 학설입니다. 하지만 이러한 대륙이동을 일으키는 힘의 근원을 규명하지 못하여 학계에 인정을 받지 못했습니다.대륙이동이 일어난다는 여러 가지 증거들로 남아메리카 대륙과 아프리카 대륙의 해안선 일치, 인도 대륙 이동, 고지자기 자극 이동을 제시하였습니다. 이 증거들 중 특히 고지자기 자극 이동의 경우 1950년대 유럽과 북아메리카 대륙의 지질 시대별 암석의 고지자기 측정 결과인데, 두 대륙에서 자극의 이동 경로를 보면 이동 방향은 비슷하지만 경도상으로 30˚ 이상 서로 떨어져 있습니다. 이것은 지질 시대를 통하여 두 개의 자극이 있었던 것은 아니므로 북미와 유럽이 원래는 하나로 붙어 있었는데 지질 시대가 경과함에 따라 분리되어 서로 멀어진 결과라고 할 수 있습니다. 그러므로 두 대륙의 자극 이동 경로를 합치시켜 보면 3억 년 전에는 대륙이 하나였다는 결론이 나오고, 이것은 베게너가 주장한 원시 대륙 모양과 같게 됩니다. 이러한 고지자기 연구는 대륙 이동설을 부활시키는 계기가 되었습니다.[맨틀대류설]1928년 영국의 교수인 홈즈는 베게너가 설명치 못한 힘(에너지)의 근원을 맨틀대류라 주장하여 맨틀대류설(맨틀의 대류로 한 개의 대륙이 갈라져서 두 개의 대륙이 형성되고 새로운 대양이 만들어지는 모양)을 발표하는데, 지구 내부 방사성 원소의 붕괴가 열을 발생시켜 맨틀의 대류를 유도하고 맨틀과 지각 판과의 마찰에 의해 한개의 대륙이 갈라져서 두개의 대륙이 형성되고 판이 이동한다는 이론입니다.하지만 맨틀대류설 또한 충분한 근거자료 부족과 문제점 노출로 그 당시 학계에 인정을 받지 못하고 가설로만 전해지다가 1950년대 후반 지구탐사 기술의 비약적인 발전으로 대륙이동설과 함께 다시 주목받게 됩니다.[해저확장설]1960년 초 다이츠와 헤츠는 심해 해령에서 맨틀물질이 올라오는 것을 발견하면서 해저확장설을 주장하게 됩니다. 해령 중심에서 옆으로 퍼져 이동하면서 새로운 해양지각이 생성되고 판경계부인 해구에 도달하면 지하로 침강하여 소멸된다는 내용입니다. 맨틀물질이 상승하고 해령을 중심으로 해양지각이 이동하는 힘의 근원을 맨틀대류로 보았으며, 대륙지각은 해양지각 위에 얹혀 함께 이동한다고 주장하였습니다. 해저확장설은 다음과 같은 여러가지 증거들을 제시하였습니다.첫 번째 증거는 해양지각의 나이입니다. 해양지각의 나이를 조사해보면 해령으로부터 멀어짐에 따라 그 나이가 점점 오래되었음을 알 수 있습니다. 이것은 해령에서 새로운 해양지각이 생겨나서 양쪽으로 퍼져 이동해 간다는 증거가 됩니다.두 번째 증거는 해저에 나타난 지구 고자기 줄무늬의 대칭입니다. 지구 자기 역전의 줄무늬가 해령을 축으로 대칭구조가 나타나는 사실은 자기의 역전된 시기를 고려해 볼 때, 해령을 중심으로 해양지각이 양쪽으로 서서히 확장되어 이동함을 보여줍니다. 해령에서 맨틀 물질이 상승하여 새로운 해양지각을 형성할 때 그 당시의 지구 자기장의 방향을 간직한다는 사실을 근거로 역전 줄무늬를 그림과 같이 표현할 수 있고 지각의 연대를 함께 측정하게 되면 해양지각의 확장속도 또한 분석이 가능해집니다. 이러한 지구자기줄무늬의 자료를 해석해보면 확장속도는 1년에 약 1~10cm씩 이동한다는 것입니다.세 번째 증거는 변환단층입니다. 해령을 여러토막으로 자르고 있는 변환단층도 해저확장설의 증거입니다. 해령을 어긋나게 만드는 변환단층이 나타나는 이유는 해령으로부터 밀려 올라온 지구내부물질이 속도의 차이를 내며 양쪽으로 이동, 확장되기 때문입니다. 또한 해령이 잘려진 변환단층 주위에 천발지진이 발생하는 것도 해양지각의 이동방향이 반대방향으로 진행되기 때문에 생기는 충돌로 해석되므로 해저확장의 증거가 됩니다.판구조론 이후, 1965년 토론토대학의 윌슨은 변환단층에 관한 논문을 통해 샌안드레아스 단층대와 같은 변환단층을 움직이면서 소멸치 않는 판의 경계로 해석하였고, 이후 판의 경계부와 지진 발생의 연관성을 규명하는 등 판구조론은 이 후 지구과학의 혁명적인 이론으로 거의 모든 과학자들에게 인정받게 되었습니다.최근에는 맨틀대류의 문제점을 지적하며 판구조론을 보완하는 성격의 플룸(Plume)구조론이 주목받고 있는데, 플룸이란 지구 내부에 뭉쳐진 열덩어리가 상승 또는 하강함에 따라 생긴 줄기를 말합니다. 이 가설의 주된 내용은 연약권까지로 한정된 핀구조론과는 달리 맨틀 전체의 범위에서 지구 내부의 운동이 발생하며, 지구내부에 생성된 플룸이 이러한 지구운동의 근원이라는 점입니다. 플룸은 지구내부에서 상승과 하강을 반복하게 되고 이러한 플룸의 작용이 지구 내부운동 및 지각변동에 영향을 줄 수 있다고 주장하고 있습니다.이렇듯 지구내부와 지각운동에 대한 연구는 과거 수많은 과학자들의 땀과 열정으로 비약적인 발전을 거듭하여 왔으며, 현재도 보다 확고한 이론정립을 위해 계속적인 연구가 진행중 입니다.
이산화탄소의 대순환체계과목명우주와지구담당 교수님OOO교수님학과 / 학번OO학과 / OOOOOOOO성명OOO제출일자20OO. OO. OO탄소는 모든 생물의 중심 원소이며, 생태계의 기본이다. 그것은 바위, 토양, 물, 식물과 동물체, 그리고 대기권에서 발견할 수 있다. 탄소는 광합성을 통해 식물에 흡수되어 생물체에 축척되기도 하고, 무생물에 축척되기도 한다. 이들 속에 함유된 탄소는 주로 이산화탄소의 형태로 서로 주고받게 되는데, 이 과정으로 바로 탄소 순환이라고 한다. 이러한 탄소순환의 산물로 나오는 화석연료를 연소시킴으로써 에너지를 얻는다. 화석연료는 광합성으로 탄소가 환원되어 탄수화물이 되고 에너지가 저장된다. 이 탄수화물은 연료가 되는 과정에서 완전히 환원되었다가, 화석 연료를 연소시킬 때 산화되면서 연료의 성분 물질들과 공기 중의 산소가 결합하여 이산화탄소와 물 등이 생성되면서 많은 에너지가 나오게 되는 것이다.탄소의 순환에서 이산화탄소는 온실효과를 일으키는 주요 원인이다. 지구 대기 중의 이산화탄소의 양이 해마다 꾸준히 증가하고 있어, 이산화탄소에 의한 지구 온난화를 경고하고 있다. 따라서 지구의 탄소의 순환 과정과 인간 활동은 대기 중의 이산화탄소의 증가에 어떻게 기여하는지를 살펴볼 필요가 있다.지구 대기 중의 이산화탄소의 양은 대기, 암석, 바다, 및 각종 생물들에 의한 탄소의 흡수 및 방출 작용으로 조절되고 있다. 예를 들어, 식물의 경우 호흡하거나 죽어서 부패하게 되면 이산화탄소를 대기 중으로 방출하고, 광합성을 할 경우 탄소동화작용을 하면서 이산화탄소를 대기 중으로부터 흡수한다.해양에서는 플랑크톤의 광합성이나 다른 화학적 작용에 의해 이산화탄소를 대기로부터 제거하거나 용해시킨다. 한편, 해양 생물들의 부패나 해수의 증발에 의해 거의 같은 양의 이산화탄소를 대기 중으로 방출시킨다. 한편, 지질 시대에서는 과거 수백 만년 전에 죽은 식물이나 해양 생물로부터 생성된 화석 연료인 석탄, 석유, 및 천연 가스 등의 형태로 이산화탄소가 저장되기도 하였다. 이와 같이 이산화탄소의 순환이 자연 상태에서는 일정하게 방출과 흡수를 계속하면서 균형을 유지하고 있다.이산화탄소는 대기의 온도를 적절하게 유지하는 역할을 한다. 그러나 문명이 발달하면서 인간들은 이산화탄소의 순환에 인위적으로 개입하기 시작하였다. 산업혁명 이후, 많은 에너지를 얻기 위해 석탄과 같은 화석 연료를 대대적으로 소비하였으며, 인구의 증가로 인해 식량과 주거를 위한 삼림의 지나친 벌채를 하였다. 매년 목재를 얻기 위해 나무를 베고, 농경지와 목축지를 늘리기 위해 없어지는 삼림이 50만 에이커에 이르고 있다. 이러한 문제는 광합성으로 인해 소모되는 양보다 훨씬 많은 이산화탄소를 대기 중으로 배출하게 되는 것이다.이와 같이 인간들에 의해 이루어지는 산업과 농업 활동으로 대기 중에 방출되는 이산화탄소의 양은 년 간 약 70억 톤에 이르며, 이 양들의 대략 반정도가 해양이나 식물 및 토양에 의해 흡수되고 나머지는 대기에 그대로 축적되게 된다. 이산화탄소가 열을 흡수하는 대표적인 기체로 지구 온난화에 막대한 영향을 미친다면, 향후 대기 중에 방출되는 이산화탄소의 양은 대체 에너지 개발이나 삼림의 훼손을 방지하여 줄일 수 있을 것이다. 그러나 현재의 어떠한 기술도 대기 중에 한번 방출된 이산화탄소를 제거할 수 없다는데 문제의 심각성이 있다 하겠다. 이 때문에 지구 대기 중의 이산화탄소의 양이 해마다 증가하고 있어, 우리는 탄소 순환에 의한 이산화탄소 증가에 의한 문제에 관심을 기울어야 한다.
